ipsec VPN防重放的实现过程-图解（参考strongswan)

防重放机制有三种：时间戳、挑战和滑动窗口。在strongswan中，使用了第三种机制->滑动窗口，根据strongswan源代码，它的主要原理画了一个简图，我自己设置了一个游标，方便理解，表示指向当前接受报文的最大序列号，因为滑动窗口是跟这个值相关的。

如图：滑动窗口长度为10，这边假设从96-105序号的报文全部都接受了，当前序号为105的报文，观察当接受序列号106时候会发生怎样的变化。

滑动窗口它所维护序号就是96-105，滑动窗口的特点是，滑动窗口是维护[当前序列号-滑动窗口大小+1]至[当前序列号]的报文，相应序列号的报文有收到，相应窗口置1，否则置0，当然当前96到105是全部都接受了，当报文来时，它会做如下判断：

1.如果接下来获得报文序号是m，m>105 && m - 105 < 10，那么窗口会往前移动，如下一个报文是106，窗口会往前移动，变成维护97-106的序列号，游标移动到106。

 2.如果接下来获得报文序号是m，m<105，比如m=98，那么窗口会检查对应窗口是否有置1，已经置1了就会丢弃报文，实现放重发功能，如果该窗口为0，证明还没接受过报文，此时会接受报文，但是游标不移动。

(这里的第1点要注意要判断m-105<10，比如当前是接受序号为117报文而不是106，它维护的是[117-10+1]-[117]=108-117,108已经大于105了，所以滑动窗口要全部置零，这点在后面的图解中有体现)

所以总结就一点：

序列号>游标值，移动游标实现移动滑动窗口，序列号<游标值，不移动游标进行防重发验证

strongswan防重放代码原理：

在代码中它是申请了一个数组，数组的长度就是滑动窗口的长度，它的构造很巧妙，如图，还是跟上述一样，比如当前接受到最大序列号为105，当它接受到106的报文时的变化。

 可以看出，序列号为105，根据上面的它维护的是[105-10+1]-[105]=96-105，它在数组形式如图，数组下标为0，置1，表示接受101报文已接受，一直到数组下标为9，置1，表示已接受100的报文。当106报文到来时候，下标5对应的数组值先置0再置1，表示接受了106的报文，同时也把已接受96的报文信息删除了，实现滑动窗口的移动。

以这种规律，再假设现在接受序列号报文214，那么它在数组的形式是：

先确定214在哪个下标中，然后依次填写其他值，就可以知道它在数组的形式。

strognswan代码以及简易图解防重放过程：

图中，报文来的序号依次为1,2,3,5,6,7,8,910,11,13,13,25

序号1到10的报文我画成灰色(中间缺失了序号4的报文)，11到13的报文我画成橘色(中间缺失了序号12的报文)， 25为绿色，滑动窗口为白色表示没有相应置1，其他颜色都是表示已经置1。

/**
 * Set or unset a bit in the window.
 */
static inline void set_window_bit(private_esp_context_t *this,
								  u_int index, bool set)
{
	u_int i = index / CHAR_BIT;

	if (set)
	{
		this->window.ptr[i] |= 1 << (index % CHAR_BIT);
	}
	else
	{
		this->window.ptr[i] &= ~(1 << (index % CHAR_BIT));
	}
}

/**
 * Get a bit from the window.
 */
static inline bool get_window_bit(private_esp_context_t *this, u_int index)
{
	u_int i = index / CHAR_BIT;

	return this->window.ptr[i] & (1 << index % CHAR_BIT);
}

/**
 * Returns TRUE if the supplied seqno is not already marked in the window
 */
static bool check_window(private_esp_context_t *this, uint32_t seqno)
{
	u_int offset;

	offset = this->last_seqno - seqno;
	offset = (this->seqno_index - offset) % this->window_size;
	return !get_window_bit(this, offset);
}

METHOD(esp_context_t, verify_seqno, bool,
	private_esp_context_t *this, uint32_t seqno)
{
	if (!this->inbound)
	{
		return FALSE;
	}

	if (seqno > this->last_seqno)
	{	/*       |----------------------------------------|
		 *  <---------^   ^   or    <---------^     ^
		 *     WIN    H   S            WIN    H     S
		 */
		return TRUE;
	}
	else if (seqno > 0 && this->window_size > this->last_seqno - seqno)
	{	/*       |----------------------------------------|
		 *  <---------^      or     <---------^
		 *     WIN ^  H                WIN ^  H
		 *         S                       S
		 */
		return check_window(this, seqno);
	}
	else
	{	/*       |----------------------------------------|
		 *                       ^  <---------^
		 *                       S     WIN    H
		 */
		return FALSE;
	}
}
METHOD(esp_context_t, set_authenticated_seqno, void,
	private_esp_context_t *this, uint32_t seqno)
{
	u_int i, shift;

	if (!this->inbound)
	{
		return;
	}

	if (seqno > this->last_seqno)
	{	/* shift the window to the new highest authenticated seqno */
		shift = seqno - this->last_seqno;
		shift = shift < this->window_size ? shift : this->window_size;
		for (i = 0; i < shift; ++i)
		{
			this->seqno_index = (this->seqno_index + 1) % this->window_size;
			set_window_bit(this, this->seqno_index, FALSE);
		}
		set_window_bit(this, this->seqno_index, TRUE);
		this->last_seqno = seqno;
	}
	else
	{	/* seqno is inside the window, set the corresponding window bit */
		i = this->last_seqno - seqno;
		set_window_bit(this, (this->seqno_index - i) % this->window_size, TRUE);
	}
}

相关的代码的函数如图，代码的执行顺序是在报文解密前，调用verify_seqno函数，验证是否相应滑动窗口有置1，在解密成功后执行set_authenticated_seqno，移动游标即更新滑动窗口。